亞快速凝固Al-Ti中間合金組織及其晶粒細(xì)化效果研究.pdf

1、金屬及合金的晶粒細(xì)化能給材料帶來很好的綜合機械性能。通過添加少量中間合金能顯著細(xì)化合金晶粒組織,操作簡單的化學(xué)細(xì)化晶粒方法在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。目前廣泛應(yīng)用的Al-10Ti和Al-5Ti-1B中間合金受其制備方法的限制,合金中形核粒子Al3Ti顆粒粗大、分布不均且以長條狀為主。導(dǎo)致其細(xì)化能力有限,遠(yuǎn)不能滿足更高細(xì)化性能的要求。雖然國內(nèi)生產(chǎn)的中間合金在成分上與國外同種產(chǎn)品相比并無區(qū)別,但其細(xì)化能力卻有很大差異,究其原因在于中間合金中形核粒

2、子顯微特征的差別。因此,改善Al-Ti中間合金中形核粒子Al3Ti相的尺寸和形態(tài)很有研究意義和實用價值。
　　本文利用銅模壓鑄快速冷卻方法制備了亞快速凝固Al-Ti中間合金,并對亞快速凝固Al-Ti中間合金進行重熔實驗,采用掃描電鏡、光學(xué)顯微鏡研究了亞快速凝固和重熔Al-Ti中間合金的顯微組織及其演變規(guī)律。隨后,采用亞快速凝固Al-Ti中間合金對鋁和鋁合金進行了晶粒細(xì)化處理,研究了亞快速凝固Al-Ti中間合金的晶粒細(xì)化能力及其細(xì)化

3、機理。本論文的研究結(jié)果如下:
　　1、亞快速凝固是一種有效細(xì)化Al-Ti中間合金組織的方法,細(xì)化后Al3Ti相顆粒的尺寸一般能達到10μm以下,形狀由長條狀轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的短棒狀、塊狀和花瓣狀。在高于1200℃熔煉和保溫時,隨著熔煉溫度的升高或保溫時間的延長,Al3Ti相顆粒尺寸減小,其形狀因子φ值增加。最佳的亞快速凝固工藝參數(shù)為:對Al-5Ti-1B中間合金,T=1250℃,t=30~35min,此時Al3Ti相的平均尺寸和φ值分別

4、為2.91~2.95μm和0.70~0.71;對Al-10Ti中間合金,T=1300℃,t=30~35min,此時Al3Ti相的平均尺寸和φ值分別為6.15~7.09μm和0.55~0.60。
　　2、亞快速凝固Al-10Ti中間合金重熔時,隨著重熔溫度或保溫時間的增加,Al3Ti相顆粒平均尺寸和形狀因子φ值都有所增加。在固態(tài)加熱階段,Al3Ti相顆粒以脫溶析出和Ostwald熟化兩種方式長大;且隨著保溫時間增加,Al-10Ti中

5、間合金中Al3Ti相顆粒尺寸增加緩慢;在固液兩相區(qū)加熱重熔初期,Al3Ti相顆粒以O(shè)stwald熟化和合并生長兩種方式長大,而在重熔后期,Al3Ti相顆粒主要以合并方式長大。在亞快速凝固Al-5Ti-1B中間合金重熔過程中,中間合金中Al3Ti相顆粒形貌改變不太明顯,沒有明顯的球化現(xiàn)象,這主要是由于在Al-5Ti-1B合金中、分布在Al3Ti相顆粒附近的細(xì)小TiB2粒子阻礙了Al3Ti顆粒的移動與合并。此外,溶解在鋁液中的Ti在TiB2

6、粒子表面形核,形成一層Al3Ti薄膜。因此,由于Al-5Ti-1B合金溶液中鈦原子的缺乏,原有的Al3Ti顆粒長大和形狀的改變受到限制。
　　3、亞快速凝固Al-5Ti-1B和Al-10Ti中間合金的晶粒細(xì)化能力有明顯提高。與普通中間合金相比,亞快速凝固Al-10Ti中間合金對亞共晶Al-7Si合金中初生α-Al的等軸晶化效率有一定提高。細(xì)化效果的增強得益于亞快速凝固中間合金中存在的大量彌散分布的細(xì)小Al3Ti顆粒,其廣泛分布作為